DD236471A1

DD236471A1 - DEVICE FOR TACTILE SENSING OF A WELDING JOINT

Info

Publication number: DD236471A1
Application number: DD27561985A
Authority: DD
Inventors: Siegfried Prinz; Siegfried Kiese; Martin Stroefer; Rainer Gallien
Original assignee: Leit Bfn Schweisstechnik Im Ze
Priority date: 1985-04-26
Filing date: 1985-04-26
Publication date: 1986-06-11

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur taktilen Abtastung einer Schweissfuge. Ziel ist, ein Sensorsystem mit geringem Bauvolumen und konstruktiven Aufwand zu schaffen. Diese Einrichtung ist so zu gestalten, dass durch eine Kombination elastisch beweglicher und elektrisch kontaktgebender Fuehler Signale ueber den Nennabstand des Schweissbrenners zur Schweissnaht in eine oder mehrere Bewegungsrichtungen gewonnen werden. Kennzeichnend ist, dass an der gebenueber dem Brennerpotential elektrisch isolierten Gasduese eines Schutzgasschweissbrenners je nach Bewegungsrichtung ein oder mehrere elastisch bewegliche und elektrisch leitfaehige Tastelemente isoliert befestigt, mit einem wiederum isolierten Kontaktelement versehen und elastisch beweglich sind, wobei die Abstaende zwischen Kontaktelement und Gasduesenoberflaeche kleiner als die Abstaende zwischen dem Tastelement und der Gasduesenkante gewaehlt werden, dass das Tastelement, das Kontaktelement, die Gasduese und das Schweissteil elektrisch derart mit einer Verarbeitungseinheit der Steuerung des Bewegungsapparates fuer den Schweissbrenner in Wirkverbindung stehen, dass bei jedem der moeglichen Kontaktzustaende die erforderliche Korrektur der Brennerstellung und bei gleichzeitiger Beruehrung zwischen Schweissteil, Tastelement und Gasduese infolge Kollision der sofortige Roboterstop erzielbar ist. Fig. 1The invention relates to a device for tactile sampling of a welding joint. The aim is to create a sensor system with low construction volume and design effort. This device is to be designed so that signals are obtained over the nominal distance of the welding torch to the weld in one or more directions of movement by a combination of elastically movable and electrically contacting sensor. It is characteristic that one or more elastically movable and electrically conductive feeler elements are fastened to the gas potential of an inert gas welding torch, electrically isolated and provided with an in turn insulated contact element and are elastically movable, the distances between the contact element and the gas duct surface being smaller than the one Distances between the probe element and the Gasduesenkante be chosen that the probe element, the contact element, the Gasduese and the welding part are electrically connected to such a processing unit of the control of the musculoskeletal system for the welding torch that at each of the possible Kontaktzustaende the required correction of the burner position and with simultaneous contact between welding part, probe element and Gasduese due to collision of the immediate robot stop can be achieved. Fig. 1

Description

Hierzu 3 Seiten ZeichnungenFor this 3 pages drawings

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur taktilen Abtastung einer Schweißfuge, insbesondere beim Schutzgasschweißen von Kehl-und V-Nähten.The invention relates to a device for tactile sampling of a weld joint, in particular during inert gas welding of fillet and V seams.

Characteristic of the known technical solutions

Es ist bekannt, beim automatisierten Lichtbogenschutzgasschweißen den Schweißkopf mittels Positioniersensorensystemen in einer schweißgerechten Position zur Nahtfuge zu führen.It is known to guide the welding head by means of positioning sensor systems in a position suitable for welding to the seam joint in automated arc gas arc welding.

Bekannt sind berührungslos arbeitende Abtastsysteme zur Aufnahme der Werkstückkonturen, die nach den verschiedensten Wirkprinzipien arbeiten. Mit Ausnahme der D-Feldsensoren (P 3145717.7) sind in jedem Fall empfindliche Baugruppen (Sensorköpfe) in der Nähe des Schweißbrenners angeordnet, so daß die Signalaufnahme durch die extremen Bedingungen des Schweißprozesses erschwert wird. Die Baugröße der Sensorköpfe einschließlich des D-Feldsensors ist im Vergleich zum Schweißbrenner relativ groß. Dies bedingt, daß zum einen feine Konturen in der Regel nicht abgetastet werden können, zum anderen die Signalgewinnung an Positionen erfolgt, die relativ weit von der Schweißsteile entfernt sind.Known are non-contact scanning systems for receiving the workpiece contours, which operate on a variety of principles of action. In any case, with the exception of the D-field sensors (P 3145717.7) sensitive assemblies (sensor heads) are arranged in the vicinity of the welding torch, so that the signal recording is complicated by the extreme conditions of the welding process. The size of the sensor heads including the D-field sensor is relatively large compared to the welding torch. This requires that on the one hand fine contours can not be scanned in the rule, on the other hand, the signal acquisition takes place at positions that are relatively far away from the welded parts.

Nach der DE-OS 2500182 ist bekannt. Signale in der Nähe des Schweißbrenners zu gewinnen, wobei optische Sensoren in Form der Videotechnik eingesetzt werden. Nachteilig ist bei dieser Lösung ein großer steuerungstechnischer Aufwand.According to DE-OS 2500182 is known. Obtain signals in the vicinity of the welding torch, wherein optical sensors are used in the form of video technology. The disadvantage of this solution is a large control engineering effort.

ÜberSignaiauswertung des Lichtbogens ist es möglich, den Brenner genau in der Nahtfuge zu halten, ohne daß zusätzliche Anbauten den Brenner volumen-und massenmäßig vergrößern (DE-OS 2611377). Probleme des Nahtsuchens außerhalb der Schweißzeiten sind auf diese Weise nicht lösbar. Weiterhin ist diese Möglichkeit auf wenige Verfahrensvarianten beschränkt.About signal evaluation of the arc, it is possible to keep the burner exactly in the seam without additional extensions the burner volume and mass increase (DE-OS 2611377). Problems of seam searching outside of the welding times are not solvable in this way. Furthermore, this possibility is limited to a few process variants.

Die Abtastung von feinen Konturen in Schweißbrennernähe ist durch den Einsatz von taktilen Gebern möglich. Die einfachsten Systeme gehen von einer direkten mechanischen Abtastung der Fuge, Ecke oder Kante aus (z.B. DE-AS 1615451). Durch mechanische Kräfte, erzeugt durch Druckfedern oder die Schwerkraft, wird das Abtastsystem, welches starr mit dem Schweißbrenner gekoppelt ist, gegen das Werkstück gedrückt und somit eine eindeutige Zuordnung Brenner — Schweißstelle geschaffen. Aufgrund der relativ großen Kräfte, die von diesen Gebern übertragen werden, ist der Verschleiß groß.The scanning of fine contours near the welding torch is possible through the use of tactile encoders. The simplest systems are based on a direct mechanical scanning of the joint, corner or edge (for example DE-AS 1615451). By mechanical forces, generated by compression springs or gravity, the scanning system, which is rigidly coupled to the welding torch, pressed against the workpiece and thus created a unique assignment burner - weld. Due to the relatively large forces that are transmitted by these donors, the wear is great.

Mit Hilfe solcher Systeme ist nur eine geringfügige Korrektur der Brennerposition möglich. Für eine sensorgeführte Nahtsuche sind derartige Einrichtungen aufgrund der fehlenden Rückführung zur Steuerung nicht geeignet.With the help of such systems, only a slight correction of the burner position is possible. For a sensor-guided seam search such devices are not suitable due to the lack of feedback to the controller.

Taktile Geber, bestehend aus einem elastischen Fühler oder Hebel, der gegenüber dem starren Brenner innerhalb einer geringfügigen Ausdehnung flächig oder räumlich beweglich ist, die analoge oder diskrete vorzugsweise elektrische Signale zur eigenen Deformation abgeben, sind für Nahtfugensuche, zur Fugenerkennung und Führung des Schweißkopfes während des Schweißvorganges geeignet. Solche taktilen Geber sind mit entsprechenden elektronischen Baugruppen versehen. Die elektronischen Baugruppen sind in der Nähe des Schweißlichtbogens angeordnet, die gegenüber thermischen Einflüssen, Magnetfeldern sowie Verschmutzung empfindlich sind.Tactile encoders, consisting of an elastic sensor or lever which is spatially or spatially movable with respect to the rigid burner within a slight extent, which emit analog or discrete preferably electrical signals for their own deformation, are for seam joint search, joint recognition and guidance of the welding head during the Welding process suitable. Such tactile encoders are provided with corresponding electronic components. The electronic assemblies are located in the vicinity of the welding arc, which are sensitive to thermal influences, magnetic fields and contamination.

Zur Gewährleistung einer Funktionsweise sind umfangreiche konstruktive Maßnahmen notwendig, z. B. Wasserkühlung, die die Baugröße negativ beeinflussen und zu hohen Kosten führen. Weitestgehend unempfindlich gegen die o. g. Einflüsse sind taktiie pneumatische Geber, die aus einer einseitig verschlossenen Schraubenfeder (Spirale) bestehen. Der Nachteil solcher Einrichtungen besteht darin, daß keine Aussage über die Richtung erfolgt. Eine zusätzliche Richtungsauswertung erfordert ein erhöhtes Bauvolumen in unmittelbarer Nähe der abzufahrenden Fuge und ist deshalb nur bedingt einsetzbar.To ensure a functioning extensive design measures are necessary, for. B. water cooling, which negatively affect the size and lead to high costs. Largely insensitive to the o. G. Influences are tactical pneumatic encoders, which consist of a single-sided closed coil spring (spiral). The disadvantage of such devices is that no statement about the direction takes place. An additional direction evaluation requires an increased volume of construction in the immediate vicinity of the joint to be traveled and is therefore only conditionally applicable.

Weiterhin sind Verfahren zur Nahtverfolgung bekannt, bei denen einfache elektrische Kontaktelemente die Berührung des Werkstückes signalisieren. Als Kontaktelement kommt hierbei z. B. ein Wolframdraht zum Einsatz. Nachteilig ist hierbei, daß der Sensor nur ein Zweipunktverhalten der Lagekorrektur gewährleistet, was zu einem ständigen Oszillieren des Brenners und damit zu dynamischen Lageabweichungen führt.Furthermore, methods for seam tracking are known in which simple electrical contact elements signal the contact of the workpiece. As a contact element here comes z. B. a tungsten wire used. The disadvantage here is that the sensor ensures only a two-point behavior of the position correction, which leads to a constant oscillation of the burner and thus to dynamic positional deviations.

Object of the invention

Die vorliegende Erfindung hat das Ziel, ein Sensorsystem mit möglichst geringem Bauvolumen und geringem konstruktiven Aufwand zu schaffen. ,-The present invention has the goal to provide a sensor system with the least possible volume and low design effort. -

The essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, unter Berücksichtigung der konstruktiven und elektrischen Besonderheiten des Schweißbrenners durch eine Kombination elastisch beweglicher und elektrisch kontaktgebender Fühler Signale über den Nennabstand bzw. über zu große und zu geringe Entfernung des Schweißbrenners zur Schweißnaht in einer oder mehreren Bewegungsrichtungen bei gleichzeitiger Gewährleistung eines Kollisionsschutzes zu gewinnen.The invention is based on the object, taking into account the structural and electrical characteristics of the welding torch by a combination of elastically movable and electrically contacting sensor signals over the nominal distance or too large and too small distance of the welding torch to the weld in one or more directions of movement while ensuring to win a collision protection.

Erfindungsgemäß wird die gestellte Aufgabe dadurch gelöst, daß an der gegenüber dem Brennerpotential elektrisch isolierten Gasdüse eines Schutzgasschweißbrenners je nach Bewegungsrichtung ein oder mehrere elastisch bewegliche und elektrisch leitfähige Tastelemente isoliert befestigt, mit einem wiederum isolierten Kontaktelement versehen und elastisch beweglich sind,According to the invention this object is achieved in that isolated on the opposite of the burner potential electrically insulated gas nozzle of a gas-shielded burner depending on the direction of movement one or more elastically movable and electrically conductive sensing elements, provided with a turn isolated contact element and are elastically movable,

der Gasdüsenkante gewählt werden, daß das Tastelement, das Kontaktelement, die Gasdüse und das Schweißteil elektrisch derart mit einer Verarbeitungseinheit der Steuerung des Bewegungsapparates für den Schweißbrenner in Wirkverbindung stehen, daß bei jedem der möglichen Kontaktzustände die erforderliche Korrektur der Brennerstellung und bei gleichzeitiger Berührung zwischen Schweißteil, Tastelement und Gasdüse infolge Kollision, der sofortige Roboterstop erzielbar ist. Kennzeichnend ist, daß die Kontaktelemente bei einer geringfügigen elastischen Auslenkung des jeweiligen Tastelementes die isoliert gegenüber dem Brennerpotential angebrachte Gasdüse berührt, dabei ist das Sensorelement so gestaltet, daß es bei einer größeren elastischen Auslenkung direkt die Gasdüse berührt. Somit können je nach Berührung bzw. Auslenkung des Tastelementes durch das Schweißteil folgende vier charakteristische Zustände auftreten:the gas nozzle edge are chosen so that the probe element, the contact element, the gas nozzle and the welding part are electrically connected to such a processing unit of the control system for the welding torch, that in each of the possible contact states, the required correction of the burner position and simultaneous contact between welding part , Probe element and gas nozzle due to collision, the immediate robot stop is achievable. It is characteristic that the contact elements with a slight elastic deflection of the respective probe element touches the isolated relative to the burner potential mounted gas nozzle, while the sensor element is designed so that it touches the gas nozzle directly at a larger elastic deflection. Thus, depending on the touch or deflection of the probe element through the weld part following four characteristic states occur:

— Keine Berührung und Auslenkung des Tastelementes durch das Schweißteil — Brennerabstand in der betreffenden Bewegungsrichtung zu groß.- No contact and deflection of the probe element by the welding part - Burner distance in the relevant direction of movement too large.

— Elektrische Berührung zwischen Schweißteil und Tastelement ohne merkliche Auslenkung — Nennposition des Brenners in der betreffenden Bewegungsrichtung.- Electrical contact between welding part and probe element without noticeable deflection - Nominal position of the burner in the relevant direction of movement.

— Elektrische Berührung zwischen Schweißteil und Tastelement und geringfügige Auslenkung des Tastelementes, dadurch Berührung des Kontaktelementes mit der Gasdüse — Brennerabstand in der betreffenden Bewegungsrichtung ist zu klein.- Electrical contact between the welding part and the probe element and slight deflection of the probe element, thereby touching the contact element with the gas nozzle - Burner distance in the relevant direction of movement is too small.

— Größere Auslenkung des Tastelementes und dadurch direkte elektrische Kontaktgabe zwischen Tasteiement und Gasdüse oder direkte Berührung zwischen Schweißteil und Gasdüse — Kollision und damit erforderlicher Stop des Bewegungsapparates.- Greater deflection of the probe element and thus direct electrical contact between key element and gas nozzle or direct contact between welding part and gas nozzle - collision and thus required stop the musculoskeletal system.

Die Tastelemente können stabförmig oder schleifenförmig ausgeführt und z. B. bei einer Ausführung aJs Röhrchen wassergekühlt sein.The sensing elements can be rod-shaped or looped and z. B. be water cooled in one embodiment aJs tube.

embodiment

Die Erfindung soll nachstehend näher erläutert werden. Die dazugehörenden Zeichnungen zeigen:The invention will be explained in more detail below. The accompanying drawings show:

Fig. 1: Schnittdarstellung der EinrichtungFig. 1: sectional view of the device

Fig. 2: Seitenansicht zu Fig. 12: side view of Fig. 1st

Fig. 3: Draufsicht zu Fig. 13: top view of Fig. 1st

Fig.4-7: die Arbeitszustände der EinrichtungFig.4-7: the working conditions of the device

Die Einrichtung zur Abtastung einer Schweißfuge gemäß Fig. 1 besteht aus dem Klemmring 1, der aus nichtleitendem Material besteht und an die Gasdüse 2 eines Schutzgasschweißbrenners befestigt ist und zwei elastisch verformbaren Tastelementen 3 und 4, die wassergekühlt ausgeführt sind. Entsprechend der Nähtgeometrie sind die Tastelemente 3 und 4 U-förmig gebogen und werden über die Anschlüsse 5 mit Kühlwasser versorgt. Sie stellen die Wirkverbindung mit der abzutastenden Schweißnaht 6 her.1 consists of the clamping ring 1, which consists of non-conductive material and is attached to the gas nozzle 2 of a gas-shielded welding torch and two elastically deformable feeler elements 3 and 4, which are designed water-cooled. According to the Nähtgeometrie the sensing elements 3 and 4 are bent in a U-shape and are supplied via the terminals 5 with cooling water. They establish the operative connection with the weld 6 to be scanned.

Gemäß Fig.3 werden die Tastelemente 3 und 4 immer paarweise, gegenüberliegend in Eingriff gebracht, wobei der Klemmring 1 so ausgebildet ist, daß im Bedarfsfall auch vier Tastelemente eingesetzt werden können, um rechtwinklig zueinander angeordnete Schweißnähte abzutasten. Die Wirkungsweise der Einrichtung beruht auf dem taktilen Abtasten der Nahtflanken 7 und 8 einer Kehl- oder Stumpfnaht, um die Gasdüse und somit den Schutzgasschweißbrenner exakt in der Nahtmitte 6 zu führen (Fig.. 1). Die dabei möglichen auftretenden Funktionszustände zeigen die Fig.4-7. Nach Fig.4 liegt nur ein Tastelement 3 an der Nahtflanke 7 an, der Brenner ist nicht mittig zur Naht 6 und muß durch eine entsprechende Positioniereinrichtung in mindestens zwei Achsen nachgeführt werden bis beide Tastelemente 3,4 an den Nahtflanken 7,8 anliegen (Fig. 5), damit ist der Normalzustand hergestellt und der Schweißvorgang wird eingeleitet. Bei zu starkem Andrücken eines Tastelementes 3,4 an eine Nahtflanke 7,8 wird dieses elastisch verformt bis ein Kontaktelement 9 oder 10, die in den Isolierstücken 11 und 12 an den Tastelementen 3,4 befestigt sind, an den Außenmantel der Gasdüse 2 gedrückt wird (Fig. 6). Das dadurch ausgelöste Signal bewirkt, daß der Schutzgasbrenner wieder auf Nahtmitte 6 gesteuert wird (Fig. 5). Wird bei einer Fehlpositionierung des Schutzgasbrenners der Druck zwischen den Nahtflanken 7,8 und den Tastelementen 3,4 so stark, daß die elastische Verformung größer als der zulässige Betrag X wird, so kommen die Tastelemente 3,4 mit der Gasdüse 2 in Berührung und lösen damit das Signal „Kollision" aus. Dadurch wird der Vorschub der Positioniereinrichtung abgeschaltet und der Schweißvorgang unterbrochen.According to Figure 3, the probe elements 3 and 4 are always in pairs, brought into engagement opposite, wherein the clamping ring 1 is formed so that, if necessary, four sensing elements can be used to scan at right angles to each other arranged welds. The mode of operation of the device is based on the tactile scanning of the seam flanks 7 and 8 of a fillet weld or butt weld in order to guide the gas nozzle and thus the inert gas welding torch exactly in the seam center 6 (FIG. 1). The possible occurring functional states show the Fig.4-7. According to Figure 4 is only one probe element 3 at the seam edge 7, the burner is not centered to the seam 6 and must be tracked by a corresponding positioning in at least two axes until both sensing elements 3,4 abut the seam flanks 7,8 (Fig 5), so that the normal state is established and the welding process is initiated. If too strong pressing a probe element 3,4 to a suture edge 7,8 this is elastically deformed until a contact element 9 or 10, which are fixed in the insulating pieces 11 and 12 on the probe elements 3,4, is pressed against the outer jacket of the gas nozzle 2 (Figure 6). The thus triggered signal causes the inert gas burner is again controlled at the seam center 6 (Fig. 5). If the pressure between the seam flanks 7, 8 and the feeler elements 3, 4 becomes so strong during an incorrect positioning of the shielding gas burner that the elastic deformation becomes greater than the permissible amount X, then the feeler elements 3, 4 come into contact with and release the gas nozzle 2 Thus, the feed of the positioning device is switched off and the welding process is interrupted.

Claims

Invention claim:

Device for tactile scanning of a weld joint, in particular when welding fillet welds and V-seams using electrical contact probes on the welding torch, characterized in that at the opposite of the burner potential electrically isolated gas nozzle (2) of a shielded gas welding torch depending on the direction of movement one or more elastically movable and electrically conductive sensing elements (3,4) fixed isolated, provided with a turn isolated contact element (9,10) and are electrically movable, wherein the distances between the contact element (9,10) and gas nozzle surface smaller than the distances between the probe element (3.4 ) and gas nozzle edge are chosen so that the probe element (3,4), the contact element (9,10), the gas nozzle (2) and the welding member are electrically connected in such a manner with a processing unit of the control system for the welding torch, that at each the possible contact states the erforderl Correction of the torch position and simultaneous contact between welding part, probe element and gas nozzle due to collision of the immediate robot stop can be achieved.